تطبيق جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في الملاحة الآلية للروبوت

روبوت لتحديد المواقع والملاحة بشكل مستقل مستشعر المستوى بالموجات فوق الصوتية بسيط، ولكنه يحتاج إلى أن يعتمد على مزيج من بيانات الخريطة + الخوارزمية لتحقيق التنقل التلقائي الحقيقي؛ يمكن تقسيم الملاحة الآلية إلى ثلاثة أجزاء، بما في ذلك تحديد المواقع ورسم الخرائط والتحكم في الحركة. ما يحتاج الملاحة الذاتية إلى حله هو التفاعل المستقل بين الروبوتات المتنقلة الذكية والبيئة، وخاصة الحركة المستقلة من نقطة إلى نقطة، والتي تتطلب المزيد من الدعم الفني.

كما نعلم جميعًا، يعتبر النمل والنحل ملاحين ممتازين في مملكة الحيوان. يمكن للنمل الصحراوي أن يتغذى ويعيش في ظروف قاسية تزيد عن 60 درجة مئوية. في هذه البيئة القاسية، لا يمكنهم استخدام الفرمون لتتبع المسافة الطويلة التي قطعوها إلى العش مثل النمل الآخر. وبدلاً من ذلك، يستخدمون حسابًا بيولوجيًا يسمى تكامل المسار. يستخدمون بوصلة سطوع السماء (تختلف طريقتهم في رؤية سطوع السماء ولونها اختلافًا كبيرًا عن البشر والمحفزات المترولوجية لتقدير الموقع الحالي. يمكن استخدام تكامل المسار ليس فقط للعودة بأمان إلى العش، ولكن أيضًا للمساعدة في تعلم ما يسمى بالذاكرة المتجهة. وقد ثبت أن هذه الذكريات كافية للنمل والنحل لإنتاج ملاحة موجهة نحو الهدف. لأن هذه القدرات محول المسافة بالموجات فوق الصوتية يمكن أن يسمح للنمل والنحل بالتنقل لمئات الأميال، ونظام التحكم هذا لديه إمكانات كبيرة في تطبيق معدات الوكيل الاصطناعي.

 

مع تطور الأتمتة التكنولوجية، يعتمد البشر على التعلم الآلي وأنظمة الملاحة القائمة على المتجهات المستوحاة من الحشرات. يمكن لأجهزة الوكيل الوصول إلى المواقع الرئيسية دون الاعتماد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتحقيق أتمتة حقيقية. يمكن للروبوت استخدام المعلومات التي تم الحصول عليها بواسطة الكاميرات وأجهزة الاستشعار الأخرى لمعرفة كيفية التنقل بشكل مستقل بناءً على الإشارات الحسية البيئية.

 

تجنب العوائق بشكل فعال

 

واستنادًا إلى التعلم العميق للكشف عن أجزاء الجسم البشري المعتمد على الصور، يمكننا أن نرى أن الطفل يتحرك أمام الروبوت، مما قد يعيق الروبوت. يحتاج الروبوت إلى التعرف على ما إذا كان إنسانًا أم دراجة. ولذلك، فإن الكشف عن أجزاء جسم الإنسان والتعرف عليها لا يتطلب فقط تقنية الليدار، بل هناك حاجة أيضًا إلى دمج بيانات أجهزة الاستشعار المتعددة لتحقيق تجنب العوائق بشكل فعال والملاحة المستقلة. نوعان من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في الملاحة الآلية للروبوت. مستشعر تجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية عبارة عن مستشعر بالموجات فوق الصوتية عالي الدقة (1 مم) وعالي الدقة ومنخفض الطاقة. وهي مصممة ليس فقط للتعامل مع ضوضاء التداخل، ولكن أيضًا لمقاومة تداخل الضوضاء. وبالنسبة للأهداف ذات الأحجام المختلفة وفولتية الإمداد المتفاوتة، فقد تم إجراء تعويض الحساسية. كما أن لديها تعويضًا قياسيًا لدرجة الحرارة الداخلية، مما يجعل بيانات المسافة المقاسة أكثر دقة. يُستخدم في البيئة الداخلية، وهو حل جيد جدًا ومنخفض التكلفة!

 

مستشعر الموجات فوق الصوتية غير التلامسي عبارة عن مستشعر بالموجات فوق الصوتية عالي الدقة (1 مم) وعالي الدقة ومنخفض الطاقة. وهي مصممة ليس فقط للتعامل مع ضوضاء التداخل، ولكن أيضًا لمقاومة تداخل الضوضاء. وبالنسبة للأهداف ذات الأحجام المختلفة وفولتية الإمداد المتفاوتة، فقد تم إجراء تعويض الحساسية. كما أن لديها تعويض درجة الحرارة الداخلية القياسي وتعويض درجة الحرارة الخارجية الاختياري، مما يجعل بيانات المسافة المقاسة أكثر دقة. يوفر الإخراج المباشر لقراءات المسافة الدقيقة موارد MCU وهو أكثر ملاءمة للاستخدام في الروبوتات.

 

الملاحة لتحديد المواقع بالموجات فوق الصوتية

مبدأ العمل لتحديد المواقع والملاحة بالموجات فوق الصوتية هو أن جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية يصدر موجات فوق صوتية من مسبار المرسل، وتواجه الموجات فوق الصوتية عوائق في الوسط وتعود إلى جهاز الاستقبال. من خلال استقبال إشارة الانعكاس بالموجات فوق الصوتية المنبعثة من تلقاء نفسها، وحساب مسافة الانتشار وفقًا للفارق الزمني بين انبعاث الموجات فوق الصوتية واستقبال الصدى وسرعة الانتشار، يمكن الحصول على المسافة من العائق إلى الروبوت، أي الصيغة: S = Tv/2 حيث T - الفارق الزمني بين الإرسال والاستقبال بالموجات فوق الصوتية؛ v - سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الوسط.

ميزة:

تكلفة منخفضة

ويمكنه التعرف على الأشياء التي لا يمكن التعرف عليها بواسطة أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء، مثل الزجاج والمرايا والأجسام السوداء وغيرها من العوائق؛

 

العيوب:

يتأثر بسهولة بالطقس والبيئة المحيطة (الانعكاس المرآوي أو زاوية الشعاع المحدودة)، بالإضافة إلى ظل العوائق والأسطح الخشنة والبيئات الخارجية الأخرى؛ نظرًا لأن مسافة انتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء قصيرة نسبيًا، فإن نطاق التطبيق صغير وقياس المسافة صغير نسبيًا وسرعة اكتساب قصيرة ودقة ملاحية ضعيفة.